CN112322992A - 低温韧性优良的低合金特厚钢板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低温韧性优良的低合金特厚钢板的制造方法，包括原料坯准备、坯料切铣及清理、真空环焊复合、坯料加热及轧制、特厚钢板热处理等步骤，获得特厚钢板厚度范围100‑260mm，获得的特厚钢板上屈服强度ReH≥325MPa，抗拉强度Rm≥450MPa，伸长率≥21％，‑20℃横向冲击吸收能量KV2达到120J以上水平，‑40℃达到100J以上水平，‑60℃达到60J以上水平。该特厚板生产方法具有原料来源稳定、生产组织灵活、效率高、成材率高、能耗低、环境友好等优点，而且还较连铸坯直轧特厚板工艺节约或避免了昂贵的大断面连铸机投资成本。

Description

低温韧性优良的低合金特厚钢板的制造方法
技术领域
本发明属于钢板加工技术领域，具体涉及一种低温韧性优良的低合金特厚钢板的制造方法。
背景技术
特厚钢板通常采用大钢锭或大断面连铸坯制造生产，本发明的低合金特厚钢板是采用普通厚度的连铸坯进行真空复合、轧制来增材制备特厚板，即采用两块或几块连铸坯经真空电子束焊接组合成一块大板坯，然后进行轧制复合以获得高压缩比的特厚钢板产品。该技术属于连铸坯真空复合增材制造技术范畴，具体是指将高功率真空电子束焊接技术(EBW)与传统钢铁制造技术高精度的优势结合起来，相比大断面连铸坯、模铸或电渣重熔等大钢锭原料坯制造技术形成了最佳的制坯策略，成为钢铁材料未来的发展趋势。
轧制压缩比的提高对特厚钢板内外部质量、性能的改善是非常有利的，比如目前的压力容器钢板、船板海工钢板等标准规范中都对其轧制压缩比的下限作了具体要求。采用该项复合制坯叠轧特厚板技术，使钢板制造企业能够直接利用现有普通厚度的连铸板坯，经过简单的加工、焊接后获得厚度翻倍的特厚板原料坯，大幅度提高了特厚板轧制的压缩比，使轧制变形更渗透，组织更均匀，从而获得质量性能优良的大单重特厚钢板。
根据钢板制造企业工艺装备情况，利用不同厚度的连铸坯复合制坯，可以生产获得不同厚度极限的特厚钢板。国内曾有通过采用控轧控冷加正火热处理得到低温冲击韧性优良的特厚钢板的相关报道，但当其板厚达到100mm以上时，采用控轧控冷及正火的常规工艺无法满足-20℃冲击韧性的技术要求。采用本发明的低温韧性优良的低合金特厚钢板制造工艺，通过控轧控冷+淬火+正火的组合工艺，能够较好的保证100-260mm厚低合金大单重特厚钢板的低温韧性和强度要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温韧性优良的低合金特厚钢板的制备方法，采用轧制热处理组合工艺解决了常规轧制特厚低合金钢板由于轧制无法渗透内部导致的不同厚度位置的晶粒组织差异大、强度及韧性低下的问题，提高了钢板厚度不同位置的组织性能均匀性，获得了较高的低温冲击韧性，大幅提升了特厚板产品的性能合格率，为特厚板质保能力和量产能力的突破创造了条件。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：低温韧性优良的低合金特厚钢板的制备方法，包括以下步骤：
1)原料坯准备：用于制造低合金复合坯的连铸坯要求为同一炉号冶炼，其熔炼成分C≤0.20％，Mn≤1.60％，Si≤0.55％，P≤0.015％，S≤0.005％，Nb+V≤0.11％，N≤50ppm，H≤1.5ppm，其它元素Cu、Ni、Ti根据钢种要求适量添加或者不添加；
2)坯料切铣、清理：经堆垛缓冷48小时以上的连铸坯倒运过程严禁用磁吊，利用专用龙门铣床按照复合叠轧的尺寸要求对坯料进行界面切铣加工，加工后的坯料采用双坯或多坯叠置组合，保证坯料组合后缝隙处无开放性缺陷，组合后的间隙要求不大于0.4mm；
3)真空环焊复合：组合好的坯料利用真空电子束焊机在真空室内完成界面环焊，得到复合原料坯，要求焊接时真空室真空值1×10-2Pa以下，环焊要求做到绝对密封可靠，不漏气，焊接熔深50-60mm；
4)坯料加热及轧制：复合好的原料坯利用车底式加热炉进行加热，加热在炉时间15～18小时，1240-1280℃保温6-8小时，然后送轧，根据轧机设备能力先采用高温低速大压下轧制工艺进行粗轧开坯，精轧按终轧温度800-850℃控温轧制，轧后弱水冷冷却，水冷开冷温度不低于800℃，水冷速度按照3-6℃/s控制，终冷温度控制在450-600℃，水冷后矫平，得到目标厚度的特厚钢板；
5)特厚钢板热处理：采用淬火+正火的热处理工艺，淬火前的特厚板先进行抛丸处理，然后按目标温度830～880℃，在炉时间系数1.6～1.8min/mm，保温结束出炉后立即强水冷淬火到200℃以下；淬火后的特厚板再经抛丸处理后进行正火热处理，正火目标温度按840～880℃，在炉时间系数按1.1～1.6min/mm控制，正火后按交货尺寸切割入库；
6)特厚钢板质量性能：获得特厚钢板厚度范围100-260mm，获得的特厚钢板上屈服强度ReH≥325MPa，抗拉强度Rm≥450MPa，伸长率≥21％，-20℃横向冲击吸收能量KV2达到120J以上水平，-40℃达到100J以上水平，-60℃达到60J以上水平。
具体地，所述步骤3)中环焊具体操作步骤如下：
A、第1遍焊接：焊接电压60kV，焊接电流300mA，焊接速度5mm/s，扫描宽度2mm；
B、第2遍补焊：焊接电压60kV，焊接电流300mA，焊接速度4mm/s，扫描宽度4mm；
C、第2遍焊接完后，若焊缝产生微裂纹，则需在真空室内再采用小电流补焊；
D、焊接完毕后继续保真空1小时后破空出坯；
E、整支复合原料坯出真空室后，需检查焊缝质量，对发现的凹坑、表面微裂纹进行手工焊补。
本发明低温韧性优良的低合金特厚钢板的制造方法，成功实现了100-260mm特厚板不同厚度处的组织均匀性控制，特厚板各处的晶粒组织性能得到整体提升，产品的强韧性保证能力得到了显著提高。采用本发明的低温韧性优良的低合金特厚钢板制造工艺，通过控轧控冷+淬火+正火的组合工艺，能够较好的保证100-260mm厚低合金大单重特厚钢板的低温韧性和强度要求。
本发明综合采用复合制坯、控轧、控冷、淬火及正火热处理等组合处理工艺，有效提升了轧制压缩比，使轧制变形更深透，解决了采用常规工艺生产的特厚板冲击性能低下的问题，有效改善了不同厚度处的晶粒尺寸差异大、组织均匀性差的弊端，实现了特厚板晶粒组织的细化、均匀化，从而大幅度提高了特厚钢板的强韧性指标。
该特厚板生产方法具有原料来源稳定、生产组织灵活、效率高、成材率高、能耗低、环境友好等优点，而且还较连铸坯直轧特厚板工艺节约或避免了昂贵的大断面连铸机投资成本。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案做进一步描述，但是本发明的保护范围并不限于这些实施例。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
实施例1
低温韧性优良的低合金特厚钢板及其制造方法，包括以下步骤：
原料坯准备：低合金钢连铸板坯厚度300mm，铸坯熔炼成分C：0.16％，Si：0.25％，Mn：1.46％，P：0.012％，S：0.003％，N：35ppm，H：1.3ppm；Nb+V：0.085％；Ti：0.018％；
坯料切铣、清理：经堆垛缓冷48小时以上的连铸坯倒运过程严禁用磁吊，利用专用龙门铣床按照复合叠轧的尺寸要求对坯料进行界面切铣加工，以去除原始铸坯界面处的表面氧化层，并保证其清洁无油污，加工后的坯料采用双坯或多坯叠置组合，保证坯料组合后缝隙处无开放性缺陷，组合后的间隙要求不大于0.4mm。
真空处理及焊接复合：真空环焊复合：组合好的坯料利用真空电子束焊机在真空室内完成界面环焊，得到复合原料坯。要求焊接时真空室真空值1×10-2Pa以下，环焊要求做到绝对密封可靠，不漏气，焊接熔深55mm。
真空焊接参数具体如下：A、第1遍焊接：焊接电压60kV，焊接电流300mA，焊接速度5mm/s，扫描宽度2mm；B、第2遍补焊：焊接电压60kV，焊接电流300mA，焊接速度4mm/s，扫描宽度4mm；C、第2遍焊接完后，若焊缝产生微裂纹，则需在真空室内再采用小电流补焊；D、焊接完毕后继续保真空1小时后破空出坯；E、整支复合原料坯出真空室后，需检查焊缝质量，对发现的凹坑、表面微裂纹进行手工焊补。
坯料加热及轧制：复合坯料利用车底式加热炉进行加热，加热在炉时间约17小时，1250-1280℃保温8小时，然后出炉送轧。根据轧机设备能力先采用高温低速大压下轧制工艺进行粗轧开坯，中间坯厚度300mm，精轧终轧温度控制在810-840℃，轧后弱水冷，水冷设定开冷温度815±5℃，冷速3-6℃/s控制，终冷温度510±5℃，最终轧成的特厚钢板厚度为120mm。
特厚钢板淬火：轧成的特厚钢板探伤切边后进行抛丸处理，随后进入淬火炉淬火热处理，处理目标温度880℃，在炉时间系数1.6min/mm，保温结束出炉后立即强水冷淬火到200℃以下。
特厚钢板正火：淬火后的特厚钢板再经抛丸处理后进行正火热处理，正火目标温度870℃，在炉时间系数1.4min/mm，正火后取样检验并按交货尺寸切割入库。
特厚钢板质量性能：获得的120mm厚度的低合金海工钢板组织均匀，探伤符合NB/T47013.3TⅠ(特一级)合格水平，而且钢板的强度富余量适中，上屈服强度ReH达到360MPa以上水平，均值372MPa；尤其是钢板的韧塑性优良，断后伸长率A达到21％以上水平，均值27％，-20℃横向冲击吸收能量达到了140J以上水平，均值215J，即使-40℃冲击也能达到120J以上水平，-60℃能达到80J以上水平，完全满足交货要求。
实施例2
低温韧性优良的低合金特厚钢板及其制造方法，包括以下步骤：
原料坯准备：低合金钢连铸板坯厚度300mm，铸坯熔炼成分C：0.18％，Si：0.35％，Mn：1.38％，P：0.010％，S：0.002％，N：40ppm，H：1.4ppm；Nb+V：0.010％；
坯料切铣、清理：经堆垛缓冷48小时以上的连铸坯倒运过程严禁用磁吊，利用专用龙门铣床按照复合叠轧的尺寸要求对坯料进行界面切铣加工，以去除原始铸坯界面处的表面氧化层，并保证其清洁无油污，加工后的坯料采用双坯或多坯叠置组合，保证坯料组合后缝隙处无开放性缺陷，组合后的间隙要求不大于0.4mm。
真空处理及焊接复合：真空环焊复合：组合好的坯料利用真空电子束焊机在真空室内完成界面环焊，得到复合原料坯。要求焊接时真空室真空值1×10-2Pa以下，环焊要求做到绝对密封可靠，不漏气，焊接熔深50mm。
真空焊接参数具体如下：A、第1遍焊接：焊接电压60kV，焊接电流300mA，焊接速度5mm/s，扫描宽度2mm；B、第2遍补焊：焊接电压60kV，焊接电流300mA，焊接速度4mm/s，扫描宽度4mm；C、第2遍焊接完后，若焊缝产生微裂纹，则需在真空室内再采用小电流补焊；D、焊接完毕后继续保真空1小时后破空出坯；E、整支复合原料坯出真空室后，需检查焊缝质量，对发现的凹坑、表面微裂纹进行手工焊补。
坯料加热及轧制：复合坯料利用车底式加热炉进行加热，加热在炉时间约16小时，1240-1260℃保温7小时，然后出炉送轧。根据轧机设备能力先采用高温低速大压下轧制工艺进行粗轧开坯，中间坯厚度300mm，精轧终轧温度控制在800-820℃，轧后弱水冷，水冷设定开冷温度805±5℃，冷速3-6℃/s控制，终冷温度590±5℃，最终轧成的特厚钢板厚度为160mm。
特厚钢板淬火：轧成的特厚钢板探伤切边后进行抛丸处理，随后进入淬火炉淬火热处理，处理目标温度850℃，在炉时间系数1.8min/mm，保温结束出炉后立即强水冷淬火到200℃以下。
特厚钢板正火：淬火后的特厚钢板再经抛丸处理后进行正火热处理，正火目标温度850℃，在炉时间系数1.6min/mm，正火后取样检验并按交货尺寸切割入库。
特厚钢板质量性能：获得的160mm厚度的低合金海工钢板组织均匀，探伤符合NB/T47013.3TⅠ(特一级)合格水平，而且钢板的强度富余量适中，上屈服强度ReH达到340MPa以上水平，均值345MPa；尤其是钢板的韧塑性优良，断后伸长率A达到22％以上水平，均值27％，-20℃横向冲击吸收能量达到了130J以上水平，即使-40℃冲击也能达到115J以上水平，-60℃能达到84J以上水平，完全满足交货要求。
实施例3
低温韧性优良的低合金特厚钢板及其制造方法，包括以下步骤：
原料坯准备：低合金钢连铸板坯厚度300mm，铸坯熔炼成分C：0.16％，Si：0.30％，Mn：1.33％，P：0.009％，S：0.003％，N：45ppm，H：1.2ppm；Nb+V：0.09％；
坯料切铣、清理：经堆垛缓冷48小时以上的连铸坯倒运过程严禁用磁吊，利用专用龙门铣床按照复合叠轧的尺寸要求对坯料进行界面切铣加工，以去除原始铸坯界面处的表面氧化层，并保证其清洁无油污，加工后的坯料采用双坯或多坯叠置组合，保证坯料组合后缝隙处无开放性缺陷，组合后的间隙要求不大于0.4mm。
真空处理及焊接复合：真空环焊复合：组合好的坯料利用真空电子束焊机在真空室内完成界面环焊，得到复合原料坯。要求焊接时真空室真空值1×10-2Pa以下，环焊要求做到绝对密封可靠，不漏气，焊接熔深60mm。
真空焊接参数具体如下：A、第1遍焊接：焊接电压60kV，焊接电流300mA，焊接速度5mm/s，扫描宽度2mm；B、第2遍补焊：焊接电压60kV，焊接电流300mA，焊接速度4mm/s，扫描宽度4mm；C、第2遍焊接完后，若焊缝产生微裂纹，则需在真空室内再采用小电流补焊；D、焊接完毕后继续保真空1小时后破空出坯；E、整支复合原料坯出真空室后，需检查焊缝质量，对发现的凹坑、表面微裂纹进行手工焊补。
坯料加热及轧制：复合坯料利用车底式加热炉进行加热，加热在炉时间约18小时，1250-1270℃保温6小时，然后出炉送轧。根据轧机设备能力先采用高温低速大压下轧制工艺进行粗轧开坯，中间坯厚度300mm，精轧终轧温度控制在830-850℃，轧后弱水冷，水冷设定开冷温度810±5℃，冷速3-6℃/s控制，终冷温度455±5℃，最终轧成的特厚钢板厚度为220mm。
特厚钢板淬火：轧成的特厚钢板探伤切边后进行抛丸处理，随后进入淬火炉淬火热处理，处理目标温度830℃，在炉时间系数1.7min/mm，保温结束出炉后立即强水冷淬火到200℃以下。
特厚钢板正火：淬火后的特厚钢板再经抛丸处理后进行正火热处理，正火目标温度880℃，在炉时间系数1.1min/mm，正火后取样检验并按交货尺寸切割入库。
特厚钢板质量性能：获得的220mm厚度的低合金海工钢板组织均匀，探伤符合NB/T47013.3TⅠ(特一级)合格水平，而且钢板的强度富余量适中，上屈服强度ReH达到335MPa以上水平；尤其是钢板的韧塑性优良，断后伸长率A达到21％以上水平，-20℃横向冲击吸收能量达到了145J以上水平，即使-40℃冲击也能达到125J以上水平，-60℃能达到90J以上水平，完全满足交货要求。

Claims (4)

1.低温韧性优良的低合金特厚钢板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)原料坯准备：用于制造低合金复合坯的连铸坯要求为同一炉号冶炼，其熔炼成分C≤0.20％，Mn≤1.60％，Si≤0.55％，P≤0.015％，S≤0.005％，Nb+V≤0.11％，N≤50ppm，H≤1.5ppm，其它元素Cu、Ni、Ti根据钢种要求适量添加或者不添加；
2)坯料切铣、清理：经堆垛缓冷48小时以上的连铸坯倒运过程严禁用磁吊，利用专用龙门铣床按照复合叠轧的尺寸要求对坯料进行界面切铣加工，加工后的坯料采用双坯或多坯叠置组合，保证坯料组合后缝隙处无开放性缺陷，组合后的间隙要求不大于0.4mm；
3)真空环焊复合：组合好的坯料利用真空电子束焊机在真空室内完成界面环焊，得到复合原料坯，要求焊接时真空室真空值1×10-2Pa以下，环焊要求做到绝对密封可靠，不漏气，焊接熔深50-60mm；
4)坯料加热及轧制：复合好的原料坯利用车底式加热炉进行加热，然后送轧，根据轧机设备能力先采用高温低速大压下轧制工艺进行粗轧开坯，精轧按终轧温度800-850℃控温轧制，轧后弱水冷冷却，水冷开冷温度不低于800℃，水冷速度按照3-6℃/s控制，终冷温度控制在450-600℃，水冷后矫平，得到目标厚度的特厚钢板；
5)特厚钢板热处理：采用淬火+正火的热处理工艺，正火后按交货尺寸切割入库；
6)特厚钢板质量性能：获得特厚钢板厚度范围100-260mm，获得的特厚钢板上屈服强度ReH≥325MPa，抗拉强度Rm≥450MPa，伸长率≥21％，-20℃横向冲击吸收能量KV2达到120J以上水平，-40℃达到100J以上水平，-60℃达到60J以上水平。
2.如权利要求1所述的低温韧性优良的低合金特厚钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中环焊具体操作步骤如下：
A、第1遍焊接：焊接电压60kV，焊接电流300mA，焊接速度5mm/s，扫描宽度2mm；
B、第2遍补焊：焊接电压60kV，焊接电流300mA，焊接速度4mm/s，扫描宽度4mm；
C、第2遍焊接完后，若焊缝产生微裂纹，则需在真空室内再采用小电流补焊；
D、焊接完毕后继续保真空1小时后破空出坯；
E、整支复合原料坯出真空室后，需检查焊缝质量，对发现的凹坑、表面微裂纹进行手工焊补。
3.如权利要求1所述的低温韧性优良的低合金特厚钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中加热炉加热在炉时间15～18小时，1240-1280℃保温6-8小时。
4.如权利要求1所述的低温韧性优良的低合金特厚钢板的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中淬火+正火的热处理工艺具体步骤如下：淬火前的特厚板先进行抛丸处理，然后按目标温度830～880℃，在炉时间系数1.6～1.8min/mm，保温结束出炉后立即强水冷淬火到200℃以下；淬火后的特厚板再经抛丸处理后进行正火热处理，正火目标温度按840～880℃，在炉时间系数按1.1～1.6min/mm控制。
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